Yüksek kaliteli simülasyon, 2013 Chelyabinsk meteoru hakkında bilgi sunar

15 Şubat 2013 sabahı Rusya’nın Çelyabinsk kenti üzerinde küçük bir asteroit patladı ve bölge genelinde yüksek bir şok dalgası ve sonik patlama oluşturarak binalara hasar verdi ve yaklaşık 1.200 kişi yaralandı. Ortaya çıkan, yaklaşık 20 metre çapında (kabaca altı katlı bir binanın büyüklüğünde) olan meteor, yüz yılı aşkın bir süredir Dünya atmosferinde parçalanarak tespit edilen en büyük meteorlardan biriydi.

On yıl sonra, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı (LLNL) Gezegen Savunma programından bilim adamları, hava patlaması olayıyla ilgili araştırmalarının ayrıntılarını yayınlıyorlar. Ekip, son üç yılını Chelyabinsk meteorunun atmosferik parçalanmasını modellemek ve simüle etmekle geçirdi. Çalışmaları, parçalanma dinamiklerinde malzeme mukavemetinin ve kırılmanın oynadığı önemli rolün altını çiziyor.

Çelyabinsk olayını çeşitli araştırma kuruluşları incelemiş olsa da, LLNL bilim adamları, olaydan kurtarılan göktaşlarından elde edilen araştırma verilerine dayanan bir malzeme modeliyle Chelyabinsk meteorunu tam 3 boyutlu olarak simüle eden ilk kişilerdi. Tarihsel meteor olaylarından farklı olarak, 2013 hava patlaması olayı cep telefonu ve güvenlik kamerası videosuna birçok açıdan kaydedildi ve çarpmadan kısa bir süre sonra Chebarkul Gölü’nden 500 kilogramlık bir parça kurtarıldı.

Gözlemlenen gerçek olaylarla yakından eşleşen simülasyonları, nesnenin yekpare veya tek bir kaya parçası olabileceğini öne sürüyor. Araştırmacılar, durum buysa, malzemenin dayanıklılığı ve kırılmasının, nesnenin parçalanmasında ve bunun sonucunda ortaya çıkan patlama dalgasında önemli bir rol oynadığını söyledi.

Projenin baş araştırmacısı Jason Pearl, “Bu, gerçekten yalnızca 3B simülasyonla yakalanabilecek bir şey” dedi. “LLNL’nin çarpma fiziği ve hidrokodlardaki özel uzmanlığını Laboratuvarın son teknoloji Yüksek Performanslı Bilgi İşlem yetenekleriyle birleştirdiğinizde, meteoru tam 3 boyutlu olarak modellemek ve simüle etmek için benzersiz bir konuma geldik.

Pearl, “Araştırmamız, asteroit patlama olaylarını anlamak için bu tür yüksek doğruluklu modelleri kullanmanın öneminin altını çiziyor” dedi. “Pek çok küçük asteroit moloz yığınları veya gevşek bir şekilde bağlı uzay çakıl koleksiyonlarıdır, bu nedenle bir monolitin olasılığı gerçekten ilginçtir.”

Araştırma ekibi, Chelyabinsk büyüklüğündeki monolitik bir asteroitin parçalanma modunu incelemek için katı mekaniği ve sıvı akışlarının dinamiklerini simüle etmek için kullanılan bir hesaplama yöntemi olan düzleştirilmiş parçacık hidrodinamiği (SPH) kullandı. Ekip, simülasyonlarında, hava patlamasının asteroitin arkasında çekme gerilimi altında büyük çatlaklar oluştuğunda meydana geldiğini buldu. Asteroitin önüne doğru çatlak yayılmasının zaman ölçeği, asteroidin Dünya atmosferine girerken daha küçük parçalara ayrıldığı zamanı kontrol eder. Şok cephesinin yakınındaki bir parça ailesi daha sonra, Dünya yüzeyinin yaklaşık 30 km yukarısında, bozulmamış parçalar ayrılana ve enkaz serbest akışa maruz kalana kadar tamamen hasar görmüş bir malzeme bölgesini geçici olarak korur. Son olarak, enkaz bulutu hızla yavaşlar ve kalan parçalar daha küçük kaya parçalarına ayrılmaya devam eder.

LLNL fizikçisi Mike Owen, ayrılma sürecinin fizik açısından zengin olduğunu açıkladı. Asteroitin atmosfere bağlanması, sahip olduğu yüzey alanına bağlıdır. Yüzey alanı ne kadar büyük olursa, nesnenin ısıya, strese ve basınca o kadar fazla maruz kalması gerekir.

Owen, “Asteroit atmosfere girdiğinde, feci bir başarısızlık yaşamaya başlıyorsunuz” dedi. “Ve seyahat yönünde sıkışma eğilimi gösteriyor. Sanki asteroit seyahat yönünde sıkıştırılıyor, seyahat yönüne dik olarak ayrılmaya ve kırılmaya başlayan farklı parçalara ayrılıyordu.

“Birdenbire, havayla hipersonik etkileşime maruz kalan çok daha fazla malzemeniz var, çok daha fazla ısı atılıyor, üzerinde çok daha fazla baskı var, bu da daha hızlı kırılmasına neden oluyor ve siz bir çeşit basamaklı kontrolden çıkma süreci.”

Dağılma sürecinin daha iyi anlaşılması, Chelyabinsk boyutundaki asteroitlerin oluşturduğu riskin daha iyi istatistiksel modellerini oluşturmak için kullanılabilir. LLNL’den projeye önemli katkıda bulunanlardan Cody Raskin, bu nesnelerin nasıl parçalanıp enerjilerini atmosfere aktardıklarını anlamanın, neden olabilecekleri hasarın iyi bir tahminini sağlamak için çok önemli olduğunu ve sivil savunma stratejilerini daha iyi bilgilendirmek için kullanılabileceğini söyledi.

Bu araştırmanın uzun vadeli bir amacı, potansiyel olarak etkilenecek bölgeyi tahmin ederek gelecekteki bir meteor olayının yer etkilerini değerlendirmek için bu modelleri kullanmak olacaktır.

Raskin, “Küçük asteroitleri tespit etme yeteneğimiz son yıllarda büyük ölçüde gelişti.” Dedi. “Dünya’ya yaklaşan küçük bir asteroidi zamanında görebilirsek, modelimizi çalıştırabilir ve yetkilileri bir kasırga haritasına benzer şekilde potansiyel risk hakkında bilgilendirebiliriz. Daha sonra, sakinleri tahliye etmek veya sığınak düzenlemek gibi uygun koruyucu önlemleri alabilirler. sipariş verin, sonuçta hayat kurtarın.”

Owen, meteor olaylarının doğal afetler olduğunu ve diğer doğal afetler gibi hazırlıklı olmak için daha fazlasını yapabileceğimizi söyledi. “Yüksek olasılıklı olaylar değiller, ancak onları bilim kurgu olarak da göz ardı etmemeliyiz.”